163


Ad.17 Przetwornik A/C impulsowo-czasowy.

0x01 graphic

Zasada działania:

Napięcie mierzone UX jest przetwarzane w cyklach wymuszonych przez układ sterujacy. Na poczatku każdego cyklu pomiarowego impuls startowy wytworzony przez układ sterujacy, kasuje stan licznika i wyzwala generator liniowego napięcia piłokształtnego. Napięcie to jest napięciem wzorcowym, z którym jest poruwnywalne napięcie mierzone. Napięcie piłokształtne do prowadza się do wejść dwóch komparatorów K1 i K2. Komparator K2 służy do ustalania poziomu zerowego. Z uwagi na to, że drugie jego wejście jest połączone z masą przyrządu, w chwili, gdy napięcie piłokształtne staje się równe zeru, na wyjściu układu K2 pojawia się impuls, który powoduje zmianę stanu przerzutnika bramkujacego ze stanu 0 na 1. Przerzutnik wraca do stanu wyjsciowego po upłuwie czasu tx, pod wpływem sygnału pojawiajacego się na wyjściu komparatora K1 w chwili zrównania napiecia piłokształtnego z napięciem mierzonym (rys. b). Na wyjściu przerzutnika, wskutek dwukrotnej zmiany jego stanu, zostaje uformowany impuls bramkujacy o czasie trwania tx, który jest doprowadzany do wejścia sterujacego bramki. Do drugiego wejścia bramki są podawane impulsy wzorcowe (rys. b). Licznik zlicza Nx impulsów wzorcowych wypełniająych przedział czasu tx

0x01 graphic

przy czym A - szybkość zmian napięcia piłokształtnego

Składowa analogowa błędu przetwarzania zależy od liniowości napięcia piłokształtnego, zdolności rozdzielczej komparatorów, stałości częstotliwości fw. Wartość tej składowej analogowej błędu przetwarzania jest nie mniejsza niż ±0.1%.

Ad.19 Przetwornik A/C z podwójnym całkowaniem.

0x01 graphic

Zasada działania:

Napięcie mierzone jest również przetwarzane w przedział czasu, który nastepnie mierzy się metodą cyfrową. Cykl przetwarzania (całkowania) składa się z dwóch faz. W pierwszej fazie (trwającej przez określony czas t1) napięcie mierzone Ux jest całkowane przez układ integratora - wówczas kondensator ładuje się z szybkością proporcjonalną do wartości mierzonego napięcia Ux. W drugiej fazie kondensator jest rozładowany ze stałą szybkością napięciem wzorcowym o biegunowości przeciwnej niż napięcie mierzone. Czas tx (rozładowania kondensatora) jest proporcjonalny do wartości mierzonego napięcia. Czas całkowania t1 jest wyznaczony przez generator częstotliwości wzorcowej, licznik impulsów i układ sterujący. Przed rozpoczeciem właściwego cyklu pomiarowego licznik jest zerowany. W chwili rozpoczecia pomiaru układ sterujacy włącza przełącznik k1, który doprowadza napięcie mierzone Ux na wejście integratora oraz rozwiera przełącznik k2. Jednocześnie na wejście przerzutnika bramkujacego podawany jest impuls przerzucający go do stanu jedynki logicznej na wyjściu. Powoduje to otwarcie bramki (typu AND) i licznik zaczyna zliczać impulsy wysyłane przez generator wzorcowy. Na wyjsciu integratora pojawia się liniowo narastające napięcie u1, które po upływie czasu t1 osiąga wartość

0x01 graphic

Ładowanie kondensatora trwa aż do całkowitego wypełnienia licznika, po czym jest on zerowany.

Jeśli pojemność licznika równa jest P=Nm, to czas całkowania (t1) napięcia mierzonego oblicza się z zależności

0x01 graphic

Kończy się pierwszy takt całkowania i nastepuje równocześnie otwarcie przełącznika k1 (równoznaczne jest to z odłączeniem napięcia Ux od integratora), zamkniecie przełącznika k3 (a tym samym włączenie napięcia wzorcowego Uw) oraz dalsze zliczanie impulsów z generatora wzorcowego (po przejsciu stanu licznika przez zero). Pod wpływem napięcia wzorcowego nastepuje rozładowanie kondensatora, napiecie wyjściowe z integratora (u2) staje się równe zeru, komparator wysyła impuls, który otwiera przełącznik k3 i zamyka przełącznik k2 oraz przez przerzutnik bramkujacy zamyka bramkę. Napięcie wyjsciowe z integratora w drugiej fazie całkowania jest opisane zależnością

0x01 graphic

Po czasie t1+tx napięcie na wyjściu integratora jest równe zeru

u2(t1+tx)=0

stad

0x01 graphic

oraz

0x01 graphic

Liczba impulsów zliczonych w drugiej fazie pomiaru będzie

0x01 graphic

Z ostatniej zależności wynika, że błąd przetwarzania zależy przede wszystkim od stałości napięcia wzorcowego, a prawie całkowicie nie zależy od dokładności generatora wzorcowego, ani stabilnosci elementów RC integratora. Ponadto o błędzie przetwornika z podwójnym całkowaniem decyduje stałość parametrów integratora ( a właściwie zastosowanego w jego układzie wzmacniacza), zdolność rozdzielcza komparatora oraz stałość parametrów przełączników analogowych. Błędy wynikające z wszystkich wymienionych przyczyn mają charakter przypadkowy i są od siebie niezależne.Dlatego należy okreslać błąd wypadkowy średniokwadratowy. Przecietne wartości składowej analogowej błędu przetwornika z podwójnym całkowaniem zawierają się w granicach od 0,02% do 0,05%.

Ograniczenia dokładności przetwornika o podwójnym całkowaiu wynikaja miedzy innymi z tego, że integrator nie zapewnia idealnego całkowania (napięcie wyjsciowe z integratora będące odpowiedzią na skok napięcia może mieć przeregulowania) oraz z wysokiego poziomu szumów własnych szybkiego komparatora (przesuwają one poziom porównania napięć).

AD.20 Przetwornik z potrójnym całkowaniem.

0x01 graphic

Cykl przetwarzania składa się z trzech faz. W pierwszej, w czasie t1 (odpowiadającym N1 impulsom zliczonym przez licznik) całkowane jest napięcie mierzone Ux. Napięcie wyjściowe integratora w końcu tej fazy całkowania

0x01 graphic

W drugiej fazie jest całkowane napięcie wzorcowe Uw1 o takiej samej polaryzacji jak napięcie mierzone. Ta faza trwa przez czas t2 - licznik zlicza wtedy jeszcze nastepne N2 impulsów (przy czym N2 <<N1). Napięcie wyjściowe integratora na koncu tej fazy

0x01 graphic

W trzeciej fazie odbywa się rozładowanie kondensatora w wyniku doprowadzenia do wejscia integratora napięcia wzorcowego Uw2 o polaryzacji przeciwnej niż polaryzacja napięcia mierzonego. Najczęściej napięcia wzorcowe maja takie same wartości bezwględne

Uw1=-Uw2=Uw

Czas rozładowania kondensatora trwa t3+tx i kończy się zasygnalizowaniem przez komparator przejscia przez poziom zerowy napięcia wyjsciowego z integratora. Oznacza to spełnienie zależności

u3(t1+t2+t3+tx)=0

oraz

0x01 graphic

a stad

0x01 graphic

W tym przetworniku napięcie mierzone, a właściwie jego wartość średnia, jest przetwarzane w przedział czasu tx+(t2-t3).Czas rozładowania kondensatora, w powyższych wyrażeniach został rozdzielony na dwie części t3 i tx. W czasie t3 kondensator powinien rozładować się do poziomu u(t1), oznacza to - wobec równości Uw1= - Uw2 - równość czasów t2 i t3. Napięcie mierzone jest więc przetwarzane w przedział czasu zgodnie z zależnością

0x01 graphic

Licznik powinien w czasie t3 zliczyć taką liczbę impulsów N3, aby

N1+N2+N3=Nm

i wówczas końcowe wskazania licznika jest proporcjonalne do czasu tx, a więc i do mierzonego napięcia. Najczęściej jednak wypełnienie całkowite stanu licznika nastepuje po czasie dodatkowym td - równym opóźnieniu komparatora. W woltomierzu takim można więc stosować wolne komparatory o niskim poziomie szumów.

Również przeregulowania napięcia wyjściowego integratora w stanie nieustalonym nie są groźne, gdyż są one tak małe w porównaniu z dużą wartością napięcia w chwili t1+t2, że nie powodują błędnego zadziałania komparatora.

Ad.21 Przetwornik A/C całkujący z przetwarzaniem U/f

0x01 graphic

Zasada działania:

Najważniejszymi blokami przetwornikia napięcie- częstotliwość są: integrator (wzmacniacz całkujący), komparator K oraz włączony w pętlę sprzężenia zwrotnego tzw. generator ładunków kompensacyjnych.

Do wejścia przetwornika jest doprowadzone napięcie mierzone Ux, które powoduje, że na wyjściu wzmacniacza całkującego otrzymuje się impulsy (ui) narastajace do poziomu Uo (rys. b) ustalonego przez napięcie porównania. Szybkość narastania tych impulsów jest wprost proporcjonalna do napięcia mierzonego

0x01 graphic

W chwili, kiedy ui=U0, komparator pobudza układ formowania I, który wytwarza impuls o szerokości określanej częstotliwością generatora wzorcowego oraz ściśle okreslonej amplitudzie (U0s) wyznaczonej napięciem odniesienia Uw. Pod wpływem tego impulsu następuje szybkie rozładowanie integratora (w czasie t2) i proces powtarza się okresowo. Ładunek dostarczony ze źródła Ux musi byc równy ładunkowi wprowadzonemu przez opornik Rs z obwodu sprzężenia zwrotnego. W związku z tym jest spełniona zależność

0x01 graphic

Jeśli impulsy (us) mają przebieg prostokatny, to

0x01 graphic

Z wyrażenia tego można wyznaczyć okres powtarzania impulsów

0x01 graphic

i ich częstotliwość

0x01 graphic

Impulsy ui po przejściu przez układ formujacy II są przekształcane w impulsy uf (tzw. prostokatne o czasie trwania t2 i częstotliwości powtarzania fx). Impulsy te są następnie zliczane we wzorcowym czasie Tw. Liczba ich Nx jest proporcjonalna do średniej wartości napięcia mierzonego w czasie Tw, gdyż

0x01 graphic

Przetwornik napięcie - częstotliwość jest więc przetwornikiem A/C typu integracyjnego.

Ad.23 Przetwornik A/C szeregowy zwany jest także kompensacyjnym Zasada jego działania polega na sukcesywnej kompensacji napięcia przetwarzanego, mierzonego za pomocą napięcia kompensacyjnego wzorcowego, sterowanego cyfrowo (jego źródłem jest przetwornik A/C). Stan kompensacji jest uwarunkowany zdolnością rozdzielczą komparatora (a tym samym i przetwornika)Stosowane są dwie główne odmiany przetworników A/C kompensacyjnych:

0x01 graphic

Napięcie wzorcowe jest wytwarzane w przetworniku cyfrowo-analogowym w wyniku przetwarzania na sygnał analogowy zawartości licznika. Zliczanie impulsów z generatora zegarowego ( o okresie wzorcowym powtarzania TW) rozpoczyna się po skasowaniu licznika impulsem z układu sterującego i podaniu przez ten układ jedynki logicznej na jedno z wejść bramki B. Na pozostałe wejścia bramki przychodzą sygnały z komparatora K i generatora zegarowego.

Zliczanie impulsów wzorcowych z generatora zegarowego trwa do chwili, gdy napięcie wzorcowe UW przekroczy wartość napięcia mierzonego (przetwarzanego UX) - tzn., dopóki poziom napięcia wyjściowego z komparatora jest wysoki, odpowiadający jedynce logicznej ( i gdy bramka jest otwarta). Jeśli wartość UW stanie się większa od poziomu o wartośc większą od zdolności rozdzielczej komparatora UX, to następuje zmiana stanu wyjścia komparatora (na zero logiczne), zamknięcie bramki i zakończenie zliczania. Ponieważ zliczanie zostało przerwane w chwili, gdy Ux≈UW, stan licznika jest cyfrowym równoważnikiem chwilowej wartości napięcia mierzonego w momencie zakończenia przetwarzania.

Zastosowanie:

Rzadko stosowane ze względu na długi czas przetwarzania i złożony układ generacyjny napięć schodkowych. Wykorzystuje się natomiast pewną jego odmianę. Zamiast licznika jednokierunkowego stosuje się licznik rewersyjny. Powstaje wówczas przetwornik A/C z kompensacją nadążną.

0x01 graphic

Zastosowanie:

Ze względu na krótki czas przetwarzania (od 400 ns do 20 μs przy rozdzielczości od 8 do 12 bitów) i łatwości ich wykonania jako struktur monolitycznych są dosyc często stosowane. Są bardzo dokładne - błąd analogowy przetwarzania zawiera się w granicach 0,001÷0,05%.

AD.22 Przetwornik A/C równoległy („flash”). Są to bardzo szybkie przetworniki A/C.

0x01 graphic

Przetwornik ten zawiera 2n-1 komparatorów , których wejścia nieodwracające są połączone równolegle 9doprowadza się do nich mierzone napięcie Ux). Natomiast do wejść odwracających komparatorów są podawane napięcia z dzielnika rezystancyjnego, zasilanego ze źródła napięcia wzorcowego UW. Rezystancje poszczególnych stopni dzielnika są tak dobrane, aby napięcia odniesienia sąsiednich komparatorów różniły się o wartość odpowiadającą analogowemu równoważnikowi najmniej znaczącego bitu.

Działanie:

Napięcie mierzone UX jest jednocześnie porównywalne ze wszystkimi

(2n-1) poziomami kwantowania i na bezpośrednim zakodowaniu wyniku tego porównania w równoważnym słowie n - bitowym. Przetwarzanie składa się więc tylko z jednego kroku i na jego czas trwania składają się czasy odpowiedzi komparatorów i bramki (jednej lub dwóch). Dla określonej wartości napięcia mierzonego UX na wyjściach komparatorów pojawiają się jedynki logiczne, a na wyjściach komparatorów o większych wartościach napięcia odniasienia - zera logiczne. Stany logiczne wszystkich komparatorów zmieniaja się równocześnie. Ponieważ na wyjściach uzyskuje się sygnał cyfrowy w postaci niedogodnej do dalszego przetwarzania, przetwarza się go w dekoderze do postaci kodu binarnego, BCD lyb Greya.

Wadą układów równoległych jest konieczność stosowania (2n-1) komparatorów w przetworniku n-bitowym, przez co jego struktura jest bardzo rozbudowana.

Zastosowanie:

Czas przetwarzania tych przetworników jest bardzo krótki. Mają one 4-,6- lub 8-bitową rozdzielczość - przy maksymalnej częstotliwości próbkowania od 20 MHz do 100 MHz.

Ad.24 Przetwornik A/C szeregowo-równoległy

0x01 graphic

Istota polega na jednoczesnym porównaniu w pierwszej fazie przetwarzania napięcia Ux z kilkoma napięciami odniesienia U01,...,U0n. Wynik tego porównania, w postaci pierwszych bitów po zakodowaniu i zapamiętaniu w rejestrze buforowym, steruje wejście przetwornika cyfrowo-analogowego, który odpowiednio zmienia wartości napięcia odniesienia komparatorów. Nastepuje drugie porównanie Ux - w drugiej fazie przetwarzania- ajego wynik daje kolejne dalsze bity wyniku przetwarzania. Tak więc w dwu fazach przetwarzania uzyskuje się dwukrotnie większą zdolność rozdzielcza przetwarzania niż w przetworniku z bezpośrednim równoległym porównaniem o takiej samej liczbie komparatorów - kosztem tylko dwukrotnego wydłużenia czasu przetwarzania.

Ad. 25 Woltomierz cyfrowy

Woltomierze cyfrowe należą do najbardziej rozpowszechnionych przyrządów cyfrowych do pomiaru wielkości ciągłych.

Woltomierze cyfrowe maja wiele zalet w porównaniu z przyrzadami analogowymi: są to między innymi: duża dokładność pomiaru (dzięki wyeliminowaniu błędu zwiazanego z subiektywnością odczytu), automatyczny wybór zakresu i polaryzacji, możliwości przyłączenia urządzenia drukującego oraz wprowadzenia wyników pomiaru do komputera, zastosowanie w telemetrii.

Podziału woltomierzy można dokonać według różnych kryteriów. Na przykład ze względu na przebieg czasowy mierzonych napięć można je podzielić na: woltomierze napięć stałych i wolnozmiennych oraz woltomierze napięć zmiennych. Innym kryterium może byc sposób przetwarzania analogowo- cyfrowego.

Woltomierz cyfrowy oparty na C/A

Zasada działania woltomierza polega na porównaniu mierzonego napięcia stałego Ux ze skokowo narastającym napięciem odniesienia z przetwornika C/A . Impulsy generatora funkcyjnego powoduja zwiększenie zawartości licznika CPO i jednocześnie inicjację przetwornika C/A

26 Woltomierz cyfrowy

Tłumienie zakłóceń na przykładzie woltomierza całkującego.

Ze względu na usytuowanie źródeł napięć zakłucajacych względem obwodu wejściowego woltomierza, rozróżnia się zakłucenia szeregowe i równoległe.

0x01 graphic

Zakłócenia szeregowe są napięciami przemiennymi dodającymi się do napięcia stałego mierzonego przez woltomierz cyfrowy. Na schemacie oznaczono je przez US . Napięcia te mogą powstać w wyniku sprzęże/ń indukcyjnych przewodów doprowadzających z innymi blokami miernika - wytwarzającymi pola elektromagnetyczne. Mogą to również być tętnienia mierzonego napięcia. Częstotliwość tych napięć najczęściej jest równa częstotliwości sieci lub jej wielokrotności.

Zakłócenia równoległe powstają przede wszystkim wskutek różnicy potencjałów zacisków uziemiających źródła napięcia UX i woltomierza. Napięcia zakłócające równoległe mogą zawierać składowe stałe „przemienne”. Napięcie Ur zakłóceń równoległych przez rezystancję R oraz impedancję izolacji Zi oddziałuje wejście woltomierza. Jeżeli przyjmiemy, że rezystancja przewodu pomiarowego tzw. „gorącego”, wynosi R1 , a przewodu tzw. „zimnego” R2 to pod wpływem Ur na wejście woltomierza oddziałuje napiecie 0x01 graphic
.

Oddziaływanie napięcia Ur na przewód gorący jest pomijane ze względu na dużą rezystancję wejściową woltomierza cyfrowego. Składową napięcia Ur' można zmniejszyć przez zwiekszenie izolacji Zi - sposób ten jest ograniczony względami konstrukcyjnymi. Dlatego stosuje się ekranowanie wnętrza woltomierza i trójprzewodowe łączenie xródła mierzonego napięcia z woltomierzem - co w konsekwencji pozwala znacznie ograniczyć zakłócenia równoległe.

Jednym ze sposobów eliminacji zakłucających napięć przemiennych jest stosowanie filtrów dolnoprzepustowych w obwodach wejściowych woltomierzy cyfrowych napięć stałych. Wadą tego sposobu tłumienia zakłóceń jest wydłużenie czasu odpowiedzi woltomierza na zmianę napięcia mierzonego.

Znacznie lepiej jest wyzyskać naturalne własności tłumienia zakóceń periodycznych w woltomierzach całkujących, przy odpowiednio dobranych czasach całkowania.

Dla sygnału zakłócajacego USMsinωzt i napięcia stałego mierzonego UX jest rozpatrzony przypadek tłumienia zakłóceń szeregowych.

UX'=USMsinωzt+UX

w czasie całkowania Ti

0x01 graphic

Ad. 27 Multimetr cyfrowy

Multimetr cyfrowy składa się z woltomierza cyfrowego napiecia stałego oraz przetworników pozostałych wielkości na napięcie stałe. Multimetrem cyfrowym można także mierzyć napiecia i natężenia prądu stałego, prądu zmiennego, rezustancji, niekiedy pojemności, częstotliwości i okresu.

Pomiar napięcia przemiennego

0x01 graphic

Cyfrowy pomiar napięć przemiennych może odbywać się przez zamianę wartości średniej, skutecznej lub maksymalnej tych napięć na stałe, przy czym najczęściej są stosowane prostownikowe przetworniki wartości średniej lub szczytowej. Do pomiaru napięć przemiennych służą także kompensacyjne woltomierze cyfrowe wartości skutecznej. Główną trudnością przy ich budowie jest brak źródeł napięć wzorcowych odtwarzających kształt napięcia mierzonego w całym zakresie częstotliwościowym pracy przyrzadu. Tą trudność można ominąć w ten sposób ,że napięcie kompensacyjne formuje się z mierzonego.

Ad. 28 Multimetr cyfrowy

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Ad.29 Cyfrowy pomiar częstotliwości.

0x01 graphic

Ad.31 Przetworniki A/C w systemach pomiarowych

Wszechstronny rozwój techniki cyfrowej powoduje stałe rozszerzanie obszaru zastosowań przetworników analogowo- cyfrowych na coraz to nowe dziedziny nauki i techniki.

Przetworniki A/C mają zastosowanie w systemach centralnej rejestracji i sterowania.Spośród ważniejszych systemów można przykładowo wymienić:

Głównym celem tworzenia takich systemów jest centalne i kompleksowe rozwiązanie wielu zagadnień związanych z uzyskiwaniem i przetwarzaniem informacji oraz szybkim i prawidłowym jej wykorzystaniem - zwłaszcza do sterowania.

Innym zastosowaniem przetworników A/C jest ich użycie w woltomierzach cyfrowych i innych przyrządach pomiarowych. Parametrem decydującym o przydatności przetwornika A/C w woltomierzach cyfrowych jest przede wszystkim jego dokładność. Czas przetwarzania nie ma tu istotnego znaczenia, ze względu na właściwości przetwornika i szybkość odczytu pomiarów. Stanowi to zasadniczą różnicę w stosunku do przetworników pracujących w systemach sterowania i rejestracji, w których okres przetwarzania powinien być mozliwie jak najkrótszy - zgodny z szybkością przyjmowania informacji przez urządzenia współpracujące i gdzie duża szybkość przetwarzania jest osiagana kosztem uniwersalności, a nawet dokładności.

Oddzielną grupę przetworników A/C stanowią przetworniki impulsowe służące do zamiany amplitudy impulsu napięciowego na kod cyfrowy. Główną dziedziną zastosowań tych przetworników jest fizyka i technika jądrowa.

Inną dziedziną , w której zastosowanie znajdują przetworniki A/C jest analiza kształtu impulsów.

Ad. 32 Interfejsy w systemach pomiarowych.

Interfejs - zbiór elementów, mechanicznych, elektrycznych i funkcjonalnych, niezbędnych w wymianie wiadomości między urządzeniami systemu pomiarowego.

Interfejsy opisują: nazwy linii magistrali, zależności czasowe sygnału na liniach, parametry tych sygnałów , zasady oraz wymagane algorytmy sterowania systemu pomiarowego przez interfejs. Nazwy interfejsu pochodzą od ich zastosowań, rodzaju stosowanej transmisji. W praktyce stosuje się, interfejsy standardowe, które zapewniają kompatybilność urządzeń stosowanych w systemach pomiarowych.

Np. interfejs IEC - 625. System interfejsu IEC-625 jest zwany w skrócie magistralą lub szyną IEC. Wywodzi się on z rozwiązania wprowadzonego przez firmę Hewlett-Packard, które w roku 1975 zostało znormalizowane w USA jako standard IEEE-488, a w roku 1980 jako międzynarodowy standard IEC-625. Oba systemy są w pełni kompatybilne pod względem elektrycznym, a różnią się jedynie typem użytych złączy. Norma IEEE przewiduje użycie 24-stykowego złącza firmy Amphenol, a IEC -25-stykowego złącza firmy Canon. W praktyce, w przemyśle używa się głównie złącz 24-stykowych. Magistrala IEC ma następujące cechy użytkowe:



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
163 Wybrane konflikty na swiecie
Śpiewnik 163
Moja firma Internet z 21 sierpnia 08 (nr 163)
Budownictwo ogólne dla architektów 1 163
spoleczna inspekcja pracy Dz U 83 35 163
163 Omow mechanizmy pamieci
19 163 Profilaktyka patologii społecznychid 18236 ppt
kmbt 163 00820
163 - Kod ramki - szablon ZIELEN CIEMNA Z JASNYM SRODKIEM, ❀KODY RAMEK I INNE, KODY RAMEK
163
163
Me-163, DOC
11 (163)
163 Manuskrypt przetrwania

więcej podobnych podstron